提高初始氨氮和定容体积对赖氨酸发酵影响分析
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[摘 要]通过选择两个具有代表性的300m3发酵罐3#和4#罐试验，研究了提高初始氨氮的含量和初始定容体积对L-赖氨酸发酵的影响。研究结果表明，发酵罐配料加入3m3硫酸铵，使初始AN含量在0.25%左右，底料定容120m3，接入种子后初始体积共140 m3，发酵周期42h后单罐产L-赖氨酸可提高5吨，转化率提高0.79%，说明提高初始氨氮含量和初始定容体积可提高单罐产酸和转化率。
[关键词]L-赖氨酸；初始氨氮；初始定容体积
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0347-01
L-赖氨酸是人体和动物所不能合成的8种氨基酸中最重要的一种[1]，由于其不能再人体内通过还原氨基化作用或转氨基作用生成，只能通过从外界来获取，同时它是谷物中最缺乏的氨基酸，因此，L-赖氨酸被认定为第一限制性氨基酸[2]。
赖氨酸的作用非常广泛，在医药工业领域、食品工业领域畜牧饲料等方面都有着广泛的应用[3]。在饲料领域中，L-赖氨酸是最重要的饲料添加剂[4]。在食品工业上，L-赖氨酸作为食品强化剂被广泛应用。它是合成大脑神经再生性细胞、其他白以及血红蛋白等重要蛋白质所需要的氨基酸。对于儿童来说，L-赖氨酸显得更为重要，它能促进钙的 吸收，加速骨骼生长，促进智力发育、体格发育、提高血浆蛋白的含量以及对疾病的免疫力，是儿童生长不可缺少的营养素[5]。
该研究对影响L-赖氨酸发酵的其中两种条件：初始AN和初始定容体积进行了初步研究，以寻找最优的L-赖氨酸发酵工艺，最终达到降低能耗、缩短发酵周期、提高单罐供酸、提高转化率的目的。
1 材料与方法
1.1 材料及主要设备
菌种：黄色短杆菌（Brevibacterium flavum）ZLBT-4-2为中粮生物化学（安徽）股份有限公司菌种室保存；葡萄糖：采用双酶法制备；玉米浆、糖蜜、生物素、磷酸二氢钾、七水合硫酸镁、氯化钾、磷酸、消泡剂等： 溶氧电极InPro2000：METYLER TOLEDO公司；
1.2 培养方法
1.2.1 种子罐培养基
硫酸铵玉米浆 1%，磷酸二氢钾 0.06%，七水合硫酸镁 0.03%，消泡剂0.015%.
1.2.2 发酵罐发酵培养基
硫酸铵玉米浆2%，硫酸铵2.5%，磷酸 0.08%，氯化钾0.01%，七水合硫酸镁 0.05%，糖蜜0.5%，生物素0.01%，消泡剂0.02%。
1.2.3 发酵罐发酵模式
起始定容体积120m3。初始AN0.25%，流加NS 3.0m3；流加糖浓度为60%；
1.3 相关指标计算方法
1.3.1 过程指标计算
菌体生长速率：单位时间内OD增加值，即前后两个所测点样的OD之差与间隔周期的比值。
基质消耗速率：单位时间内基质消耗量，即前后两个所测点样的基质消耗数量之差与间隔周期的比值。
DO：以菌种完全接入发酵罐为发酵培养周期的0小时，记录此时的DO电极的显示值，后面各观察点样的溶氧电极的显示值与0h 溶氧显示值的百分比。
1.3.2 产物相关指标计算
产酸速率：单位时间内发酵所产赖氨酸的增加值，即前后两个所测点样的所产赖氨酸数量之差与间隔周期的比值
单罐总酸：发酵培养周期结束后，发酵罐内所产赖氨酸数量与过程中排料所带走的赖氨酸数量之和。
转化率：本批单罐总酸与其发酵葡萄糖消耗数量的百分比。
1.3.3 葡萄糖稀释速率计算
单位时间内单位体积发酵液内发酵过程中葡萄糖流加量。
2 结果与讨论
2.2.1 提高初始定容体积和初始AN前后OD值变化
提高初始AN和初始定容体积后，M3试验罐OD值较试验前有所偏低，而M4试验罐的OD值均比试验前稍高一些（图5）。
2.2.2 提高初始定容体积和初始AN前后溶氧水平变化
在12h内，M3试验罐的溶氧水平与试验前无明显差异，但是从12h后，M3试验的溶氧水平仍比试验前的偏低。18h前的M4试验罐的溶氧水平与试验前的无明显差异，之后，M4试验溶氧水平低于试验前水平。
2.2.3 提高初始定容体积和初始AN前后基质消耗速率变化
提高初始定容体积和初始AN后，同样的OD值情况下，试验罐的总体生产菌数量在增加，对基质的消耗量会增加。M3试验罐在前期（6-28h，此时也是菌种生长旺盛期），糖和NS的消耗速率在迅速上升，此外，M3试验基质的消耗高峰期比试验提前。M4试验罐的基质消耗速率与M3试验罐类似。
2.2.4 提高初始定容体积和初始AN前后中间酸变化
M3试验罐放中间酸的平均开始时间比试验前的提前了大概10小时，累计平均放中间酸体积达到100m3以上，中间桶的平均累计酸可达到15.20吨，而终点发酵罐内的酸试验前后并无多大差距，说明中间桶放酸体积的增加最终使得单罐产酸大幅提高（表1）。
2.2.5 提高初始A N和初始定容体积前后转化率的变化
M3和M4试验罐的转化率均较试验前有所下降，尤其是M3降幅最大，以M3为例，排除残总糖和中间桶糖的影响后，试验罐转化率为：54.73÷（90.20-0.46-0.68）×100=61.45%
比之前的试验罐的平均转化率60.66%仅仅提高了0.79百分点。
参考文献
[1] 张贤群（译），刘朝明（校）.利用基于淀粉酶的复合酶刺激仔猪的生长[J].国外畜牧学：猪与禽，2010.30（6）：47-49.
[2] 刘庆华，徐秋良，李梦云，等.添加淀粉酶与复合酶对蛋种鸡生产性能及养分利用率的影响[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2010，38（8）：15-20.